JP2003138372A - スパッタリングターゲット及びスパッタリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コバルト等の磁性体材料からなる長寿命のス
パッタリングターゲットを提供すること。 【解決手段】 本発明は、マグネトロンユニット３０を
有するスパッタリング装置１０において用いられるター
ゲット１６であって、コバルトのような磁性体材料を主
成分として構成され、少なくとも、第１部分１６ａと、
この第１部分よりも厚い第２部分１６ｂとを有したこと
を特徴としている。そして、ターゲットに対して垂直方
向の磁場が多く透過しようとする第１部分１６ａでは厚
さを薄くして、透過を許し、ターゲットのエロージョン
面近傍の第２部分１６ｂで平行磁場の生成を促そうとす
るものである。当該第２部分は第１部分よりもエロージ
ョンが進むため、厚くすることで、ターゲットの長寿命
化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造等で用
いられるスパッタリング装置に関し、特に、コバルト
（Ｃｏ）等の磁性体を主成分とするスパッタリングター
ゲットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造プロセスにおいては、
半導体デバイスの高集積化、微細化に伴い、例えばコン
タクト構造での成膜に対して、低いコンタクト抵抗を得
る目的で、Ｃｏ系材料が使用されるようになってきてい
る。

【０００３】Ｃｏ系膜の成膜技術の一つとしてはスパッ
タリング法が知られている。スパッタリング法とは、プ
ラズマ中においてプロセスガスの正イオン、通常はアル
ゴンイオンを陰極であるスパッタリングターゲット（以
下「ターゲット」という）の表面に衝突させ、そこから
スパッタされるターゲット粒子を陽極側の半導体ウェハ
上に堆積させて成膜を行う方法をいう。

【０００４】このようなスパッタリング法を利用した成
膜装置、すなわちスパッタリング装置においては、ター
ゲットの表面近傍のプラズマ密度を高めてスパッタ効率
を上げるために、いわゆるマグネトロン方式（マグネト
ロンスパッタ）が広く採用されている。この方式では、
複数の磁石ユニットを有するマグネトロンユニットをタ
ーゲットの裏面側に配置し、処理チャンバ内のターゲッ
ト近傍に磁場を発生させることとしている。この磁場の
うち、ターゲットとウェハとの間の電界と交差する方向
の磁場（すなわち、図１に示すような構成のスパッタリ
ング装置では略水平方向の磁場）は、ターゲットからの
電子をターゲット近傍領域で閉じ込めるため、当該領域
のプラズマ密度が高められ、スパッタ効率が向上するの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、Ｃｏをター
ゲット材料とした場合、Ｃｏが強磁性体であるため、マ
グネトロンユニットからの磁力線がＣｏターゲットによ
り遮られ、ターゲット表面の近傍領域における磁場が弱
くなり、当該領域でプラズマが生成し難くなり、マグネ
トロンスパッタによる効果が十分に発揮されないという
問題がある。

【０００６】このため、従来においては、マグネトロン
ユニットからの磁力線がターゲットを透過できるように
するため、Ｃｏターゲット全体の厚さを約３ｍｍ以下、
一定としていた。

【０００７】しかしながら、３ｍｍ以下という厚さでは
ターゲットは短期間で消耗してしまうため、頻繁にター
ゲットを交換しなければならず、またそのためのコスト
も嵩むという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、Ｃｏ等の磁性体材料から
なる長寿命のターゲットを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、マグネトロンユニットを有するスパッタ
リング装置において用いられるスパッタリングターゲッ
トであって、Ｃｏのような磁性体材料を主成分として構
成され、少なくとも、第１部分と、この第１部分よりも
厚い第２部分とを有しており、第１部分を透過しようと
するマグネトロンユニットによる磁場の強さの一定時間
当たりの累計値が、第２部分を透過しようとする同磁場
の強さの一定時間当たりの累計値よりも大きくなるよ
う、第１部分及び第２部分の位置を定めたことを特徴と
している。

【００１０】すなわち、本発明は、簡単に述べるなら
ば、ターゲットに対して垂直方向の磁場が多く透過しよ
うとする部分（ターゲットの第１部分）では厚さを薄く
して、当該部分で磁力線の透過を促進し、ターゲットの
エロージョン面近傍で、当該エロージョン面に平行な磁
場の生成を促そうとするものである。そして、平行方向
の磁場に近い部分（ターゲットの第２部分）を厚くして
も、磁場生成の妨げとはならない。当該第２部分は第１
部分よりもエロージョンが進むため、厚くすることで、
ターゲットの長寿命化を図ることができる。

【００１１】磁性体材料がコバルトである場合、磁場の
透過のためには、第１部分の厚さは約１ｍｍとすること
が好ましく、また、寿命を延ばすという観点から、第２
部分の厚さは５ｍｍ以上であることが好ましい。

【００１２】また、本発明は、処理チャンバと、処理チ
ャンバ内で被処理基板を保持するための保持手段と、保
持手段により保持された被処理基板にエロージョン面が
対向するように設けられた、上述したような磁性体ター
ゲットと、処理チャンバ内を減圧する減圧手段と、処理
チャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給手段と、
処理チャンバ内に供給されたプロセスガスをブラズマ化
するプラズマ化手段と、スパッタリングターゲットの前
記エロージョン面とは反対側に設けられたマグネトロン
ユニットとを備えるスパッタリング装置にも係るもので
ある。

【００１３】スパッタリング装置においては、磁性体タ
ーゲットは薄く扱い難いため、ターゲットのエロージョ
ン面とは反対側の面に、導電性であり弱磁性体又は非磁
性体のバッキングプレートを支持させることが有効であ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の好適な
実施形態について詳細に説明する。

【００１５】図１には、本発明によるターゲット及びマ
グネトロン式のスパッタリング装置が概略的に示されて
いる。本実施形態におけるスパッタリング装置１０は、
Ｃｏ膜（コバルト膜）を被処理基板である半導体ウェハ
Ｗ上に形成するためのものであり、内部に処理チャンバ
１２を形成するハウジング１４を備えている。ハウジン
グ１４の上部は開口されており、そこに円盤形のターゲ
ット１６が配置されている。ターゲット１６はＣｏから
構成されている。このターゲット１６は、従来と異なり
所定の部分（以下「第１部分」という）１６ａの厚さが
他の部分（以下「第２部分」という）１６ｂよりも薄く
形成されている。具体的には、第１部分１６ａは磁力線
の透過を容易とする厚さ、例えば１ｍｍ程度、また、第
２部分１６ｂの厚さは例えば５ｍｍ程度とされている。
これらの部分１６ａ，１６ｂの位置や作用については、
以下で、更に詳細に説明する。

【００１６】また、ターゲット１６の裏面側には、ター
ゲット１６が薄いため、弱磁性材料ないしは非磁性材料
で導電性の材料、例えば銅又はアルミニウムからなる肉
厚のバッキングプレート１８が接着等により取着され、
ターゲット１６を補強している。このバッキングプレー
ト１８は、その外周縁部を導電性のハウジング１４の上
端部に絶縁部材２０を介して載置し、これによって処理
チャンバ１２を密閉している。

【００１７】処理チャンバ１２内には、半導体ウェハＷ
を上面で保持するペディスタル（保持手段）２２が配設
されている。ペディスタル２２の上面は、ターゲット１
６の下面（エロージョン面）に対して平行に対向配置さ
れており、ペディスタル２２上の所定位置に保持された
ウェハＷはターゲット１６の下面に対して平行且つ同軸
となる。

【００１８】ハウジング１４には排気ポート２４が形成
されている。この排気ポート２４にはクライオポンプ等
の真空ポンプ（図示せず）が接続されており、これを作
動させることにより処理チャンバ１２内が減圧される。
すなわち、排気ポート２４及び真空ポンプは処理チャン
バ１２内を減圧する減圧手段を構成している。また、図
示しないガス供給手段からプロセスガスとしてアルゴン
ガスがポート２６を通して処理チャンバ１２内に供給さ
れるようになっている。

【００１９】バッキングプレート１８にはプラズマ化手
段としての直流電源２８の陰極が接続され、この直流電
源２８の陽極とペディスタル２２とは接地されている。
処理チャンバ１２内にアルゴンガスを導入し、直流電源
２８を投入してターゲット１６（バッキングプレート１
８）とペディスタル２２との間に電圧をかけると、グロ
ー放電が発生しプラズマ状態となる。この放電によって
発生したアルゴンイオンがターゲット１６の下面に衝突
すると、ターゲット材料であるＣｏの粒子がはじき出さ
れ、このＣｏ粒子がウェハＷ上で堆積され、Ｃｏ膜を形
成する。

【００２０】ターゲット１６の下面とは反対の側、すな
わちバッキングプレート１８の上方には、ターゲット１
６の下面近傍におけるプラズマの密度を高めるためのマ
グネトロンユニット３０が配置されている。このマグネ
トロンユニット３０は、円形のベースプレート３２と、
ベースプレート３２上に所定の配列で固定された複数の
磁石ユニット３４とから構成されている。ベースプレー
ト３２はターゲット１６の上方に同軸に配置され、その
上面の中心Ｃには駆動モータ３６の回転軸３８が接続さ
れている。従って、駆動モータ３６を作動させてベース
プレート３２を回転させると、各磁石ユニット３４はバ
ッキングプレート１８の上面に沿って旋回し、各磁石ユ
ニット３４による磁場が一カ所で静止されるのを防止す
ることができる。

【００２１】前述したように、図示実施形態では、ター
ゲット１６は、薄い第１部分１６ａと厚い第２部分１６
ｂとの２つに区分されているが、その位置は、次のよう
にして定められる。

【００２２】まず、ターゲット１６及びばバッキングプ
レート１８が共に非磁性体から形成されているものと仮
定した場合、マグネトロンユニット３０の各磁石ユニッ
ト３４により生成される磁場としては、図１の点線で示
すように、ターゲット１６を貫く略垂直方向の磁場成分
（以下「垂直磁場」という）と、ターゲット１６の下面
に対して略平行な磁場成分（以下「水平磁場」という）
とが形成される。従って、簡単には、垂直磁場が通るタ
ーゲット１６の部分を薄い第１部分１６ａとし、水平磁
場近傍の部分を第２部分１６ｂとする。

【００２３】しかしながら、実際には、マグネトロンユ
ニット３０が動作中、各磁石ユニット３４が旋回してお
り、加えて各磁石ユニット３４の回転軸３８からの距離
が異なっているため、磁場は大きく変化する。そこで、
一定時間当たりの磁場の強さの累計値を、シミュレーシ
ョンや実験から、ターゲット１６の直径方向の或る断面
に沿って求めることとしている。図示実施形態では、累
計に要する時間は、各磁石ユニット３４が１周する時間
である。そして、ターゲット１６の断面で、垂直磁場の
強さの累積値が最も大きい点を第１部分１６ａの中心点
とし、最も小さな点を第２部分１６ｂの中心とし、残る
部分の区分けはその２点を基準にして適宜定めていくの
である。

【００２４】このようにして、一の断面で第１部分１６
ａと第２部分１６ｂとが定められたならば、その断面を
回転させることで、所望のターゲット形状が得られる。

【００２５】かかる形状のＣｏターゲット１６をバッキ
ングプレート１８に貼り付け、マグネトロンユニット３
０を作動させると、各磁石ユニット３４のＮ極及びＳ極
に対する磁力線は、概ね、第１部分１６ａに入射する
が、そこは１ｍｍ程度の薄肉とされているので、その磁
力線はターゲット１６を貫く。勿論、バッキングプレー
ト１８も非磁性体であるので、磁力線は貫通する。この
貫く量は、従来の３ｍｍ厚さに比して相当に大きいもの
となる。その結果として、第２部分１６ｂの下面近傍で
十分な強さの水平磁場が形成されることになる。

【００２６】この強い水平磁場は、ターゲット１６から
の電子をターゲット近傍領域で閉じ込めるため、当該領
域のプラズマ密度を高める。従って、この高密度のプラ
ズマ中の正イオン（アルゴンイオン）がターゲット１６
の第２部分１６ｂに衝撃し、Ｃｏ粒子を弾き出すのであ
る。一方、第１部分１６ａの近傍でのプラズマ密度は低
いため、第１部分１６ａは殆どエロージョンを受けな
い。斯くして、ターゲット１６のエロージョンは、図１
において二点鎖線で示すような形となるが、第２部分１
６ｂが厚くされているため、従来のように３ｍｍの一定
厚さとしたターゲットに比して、寿命は長いものとな
る。

【００２７】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されな
い。例えば、上記実施形態では、ターゲットの厚さを２
種類としているが、３以上、或いは、径方向にわたって
滑らかに変化させてもよい。

【００２８】また、ターゲットの磁性体材料もＣｏに限
られず、他の材料の場合はターゲットの厚さも適宜変更
される。

【００２９】更に、上記実施形態では、磁場の強さの累
計値からターゲットの厚さを規定しているが、別の方法
でターゲットの厚さを定めてもよい。例えば、ターゲッ
トの厚さを一定とした場合、同タイプのスパッタリング
装置ではエロージョンが進む位置は一定であり、そこが
水平磁場の強い位置に相当するものと考えられ、一方、
エロージョンの殆どない部分は垂直磁場が強い部分に相
当するものと考えられる。よって、このような観点から
ターゲットの薄厚を定めてもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、Ｃ
ｏ等の磁性体材料を主成分としたターゲットを、マグネ
トロン式スパッタリング装置において長期にわたり使用
することが可能となる。

【００３１】従って、ターゲットを交換する手間や、そ
の交換作業に伴う諸費用の低減を図ることが可能とな
る。

【００３２】また、ターゲットを交換する場合には、処
理チャンバを開放するので、パーティクルに対する対策
が必要となるが、本発明によればパーティクルの問題も
低減され、従って歩留まりの高い半導体デバイス等を製
造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施形態を示す概略説明図であ
る。

【符号の説明】

１０…スパッタリング装置、１２…処理チャンバ、１４
…ハウジング、１６…ターゲット、１６ａ…第１部分、
１６ｂ…第２部分、１８…バッキングプレート、２２…
ペディスタル（保持手段）、２８…電源（プラズマ化手
段）、３０…マグネトロンユニット、３２…ベースプレ
ート、３４…磁石ユニット、３６…駆動モータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲葉 和雄 千葉県成田市新泉14ー３野毛平工業団地内 アプライド マテリアルズ ジャパン株 式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 AA06 AA24 AA25 BA06 CA05 DC03 DC12 DC21 DC39 DC43

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マグネトロンユニットを有するスパッタ
   リング装置において用いられるスパッタリングターゲッ
   トであって、磁性体材料を主成分として構成され、 少なくとも、第１部分と、前記第１部分よりも厚い第２
   部分とを有しており、前記第１部分を透過しようとする
   前記マグネトロンユニットによる磁場の強さの一定時間
   当たりの累計値が、前記第２部分を透過しようとする同
   磁場の強さの一定時間当たりの累計値よりも大きくなる
   よう、前記第１部分及び前記第２部分の位置を定めたこ
   とを特徴とするスパッタリングターゲット。
2. 【請求項２】 前記磁性体材料がコバルトであることを
   特徴とする請求項１に記載のスパッタリングターゲッ
   ト。
3. 【請求項３】 前記第１部分の厚さが約１ｍｍであり、
   前記第２部分の厚さが５ｍｍ以上であることを特徴とす
   る請求項２に記載のスパッタリングターゲット。
4. 【請求項４】 処理チャンバと、 前記処理チャンバ内で被処理基板を保持するための保持
   手段と、 前記保持手段により保持された被処理基板にエロージョ
   ン面が対向するように設けられた、請求項１〜３のいず
   れか１項に記載のスパッタリングターゲットと、 前記処理チャンバ内を減圧する減圧手段と、 前記処理チャンバ内にプロセスガスを供給するガス供給
   手段と、 前記処理チャンバ内に供給されたプロセスガスをブラズ
   マ化するプラズマ化手段と、 前記スパッタリングターゲットの前記エロージョン面と
   は反対側に設けられたマグネトロンユニットと、を備え
   るスパッタリング装置。
5. 【請求項５】 前記スパッタリングターゲットの前記エ
   ロージョン面とは反対側の面に取着された、導電性材料
   で且つ弱磁性材料ないしは非磁性材料からなるバッキン
   グプレートを更に備える請求項４に記載のスパッタリン
   グ装置。